硅酸盐水泥熟料的组成_水泥工艺学
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硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料主要由三种化学成分组成，分别是C3S、C2S和C3A。
其中，C3S（三钙硅酸盐）占熟料总量的50-70%，是水泥的主要硬化成分，其反应速率最快，强度发展也最快；C2S（二钙硅酸盐）占熟料总量的20-30%，在水泥硬化过程中，其反应速率比C3S要慢，但是强度发展时间长；C3A（三钙铝酸盐）占熟料总量的5-10%，它是水泥中的一种玻璃质体，可以迅速反应生成一定强度的水化产物，但是熟料中的C3A含量过高会导致水泥的早期强度过高、后期强度下降。
此外，熟料中还含有少量的C4AF（四钙铁酸盐）和游离氧化钙等成分。
这些成分的含量和比例决定了水泥的品种和性能。
- 1 -。
硅酸盐水泥熟料工艺技术
率值 化学成分
矿物组成
熟料煅烧
熟料性能
KH 高
CaO多
C3S / C2S 高
SM一定时,C3S多,C2S少; 煅烧困难,需要温
SM低,C3S不一定高,
度高,一般采用较
SM越高，硅酸盐矿物 高SM,低IM
越多，熔剂矿物越少
水化热高,早强 高,28天强度高， 抗水性差，影响1 年后强度
或煅烧不良, fCaO多
HM (m)
CaO
1.8 ~ 2.4
SiO2 Al2O3 Fe2O3
意义不明确
斯波恩——石灰最大限量：熟
料中主要酸性氧化物理论上反 应生成熟料矿物所需要的石灰 最高含量。
生成C3S、C2A、C2F——石灰标准值
100CaO KSt I 2.8SiO2 1.1Al2O3 0.7Fe2O3
90 ~ 102
煅烧温度低或液 相量少,液相粘度 大
强度下降，安定性 不良
KH 低
CaO少
C3S / C2S 低 SM一定时,C3S少,C2S多
煅烧较易,温度可 稍低,可采用中 SM,中IM
水化热低,后强高, 抗水性好;增加β 型C2S γ型C2S,
粉化,强度下降
率值 化学成分 矿物组成
熟料煅烧
熟料性能
SM高
SiO2多
第一节 熟料的矿物组成
不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种 或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。
水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小(30～ 60 µm)的 人造岩石。
一、熟料的矿物组成
四种主要矿物
名称
化学式
硅酸三钙
3CaO ·SiO2
硅酸二钙
2CaO ·SiO2
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
产中称之为粉化。而γ-C2S几乎无水硬性。
h
12
五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇矿物特性
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成 固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色， 并填充在A矿与B矿中间， 又称黑色中间相。
h
13
五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇水化特性
水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝 剂，易使水泥急凝；早期强度较高，其强度3d 之内大部分发挥出来，以 后几乎不增长，甚至倒缩； 水化热高；脆性大，耐磨 性差，抗硫酸盐性能差。
h
27
1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算
◆石灰石饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
式 中 ： SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 分 别 是 熟 料 中 相应氧化物的百分含量(%)。KH是熟料的石灰 饱和系数。
含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量 之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。 也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相 的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的 液相粘度小）
h
26
七、熟料矿物组成的计算与换算
获得熟料矿物组成的方法： ①仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外 光谱分析等。 ②理论计算法。
h
24
2.硅率
n(或 SM )
Si2 O
A2O l 3F2 eO3
含 义 ： 熟 料 中 SiO2 含 量 与 Al2O3 、 Fe2O3 之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物 （C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对 含量。
h
12
五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇矿物特性
C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成 固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色， 并填充在A矿与B矿中间， 又称黑色中间相。
h
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五、熟料矿物的特性
◆铝酸三钙 ◇水化特性
水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝 剂，易使水泥急凝；早期强度较高，其强度3d 之内大部分发挥出来，以 后几乎不增长，甚至倒缩； 水化热高；脆性大，耐磨 性差，抗硫酸盐性能差。
h
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1.硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算
◆石灰石饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
式 中 ： SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 分 别 是 熟 料 中 相应氧化物的百分含量(%)。KH是熟料的石灰 饱和系数。
含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量 之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。 也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相 的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的 液相粘度小）
h
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七、熟料矿物组成的计算与换算
获得熟料矿物组成的方法： ①仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外 光谱分析等。 ②理论计算法。
h
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2.硅率
n(或 SM )
Si2 O
A2O l 3F2 eO3
含 义 ： 熟 料 中 SiO2 含 量 与 Al2O3 、 Fe2O3 之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物 （C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对 含量。
硅酸盐水泥熟料的组成(ppt 60页)
式中Al2O3、Fe2O3分别代表熟料中各该氧化物的质量百分比%
含义：
说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。 反映液相的性质。
(C3A 产生的液相粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)
取值：0.9~1.9。
抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至0.7。
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
五、熟料的率值 （1）铝率 (Iron Modulus)
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
四种矿物性能比较
28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S 水 化 速 度：C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S 水 化 热： C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
◆三种表示方法： •化学组成 •矿物组成 •率值
C3S、 C2S、 C3A、 C4AF
熟料
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
一、熟料的化学成分及含量 二、熟料的矿物组成及含量 三、熟料的化学成分与矿物组成的关系 四、熟料矿物的特性 五、熟料的率值 六、熟料矿物组成的计算 七、熟料化学成分、矿物组成和率值之间的关系
二、熟料的矿物组成及含量
金相显微镜下：
C3S
铁相固溶体
C2S
铝酸三钙
硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
三、熟料的化学成分与矿物组成的关系
CaO
C3S
SiO2
C2S
Al2O3 Fe2O3
C3A C4AF
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
03-硅酸盐水泥的熟料组成
9
贝利特的显微结构：
反光显微镜下呈圆粒 状，也可见其他不规 则形状。正常熟料中 具有黑白交叉双晶条 纹；低温煅烧且慢冷 熟料中常发现有平行 双晶。
10
11
12
§3-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （二）矿物水化特性 水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢； 早期强度低， 28d后强度较快增长， 一年后赶超A矿。 水化热小；抗水性好；
8
§2-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （一）、矿物特性： 1、多晶转变： α -C2S α‘- C2S β- C2S
＜500℃
γ- C2S 几乎无水硬性 2.97
常温下，有水硬性，不稳定 密度(g/cm3):3.28
体积膨胀10%， 熟料粉化 2、不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特），呈棱柱状 或板状
四种矿物性能比较
18
§3-2 熟料矿物特性
种 类 产生原因 特 点 对水泥安定 性的影响 不大
五 游 离 氧
熟料煅烧过程中因欠烧、 欠烧游离氧化钙 漏生，在1100~1200℃低 （欠烧f-CaO） 温下形成
一次游离氧化钙 因配料不当、生料过粗或 （一次f-CaO） 煅烧不良，尚未与S、A、 F反应而残留的CaO 二次游离氧化钙 （二次f-CaO） 熟料慢冷或还原气氛下， C3S分解而形成的
28
23
§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
熟料矿物组成可用：
岩相分析 测定法 X射线分析
红外光谱
计算法
24
§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
一、计算
依据：熟料化学成分或率值 公式： 1、化学法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
贝利特的显微结构：
反光显微镜下呈圆粒 状，也可见其他不规 则形状。正常熟料中 具有黑白交叉双晶条 纹；低温煅烧且慢冷 熟料中常发现有平行 双晶。
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§3-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （二）矿物水化特性 水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢； 早期强度低， 28d后强度较快增长， 一年后赶超A矿。 水化热小；抗水性好；
8
§2-2 熟料矿物特性
二、硅酸二钙 （一）、矿物特性： 1、多晶转变： α -C2S α‘- C2S β- C2S
＜500℃
γ- C2S 几乎无水硬性 2.97
常温下，有水硬性，不稳定 密度(g/cm3):3.28
体积膨胀10%， 熟料粉化 2、不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特），呈棱柱状 或板状
四种矿物性能比较
18
§3-2 熟料矿物特性
种 类 产生原因 特 点 对水泥安定 性的影响 不大
五 游 离 氧
熟料煅烧过程中因欠烧、 欠烧游离氧化钙 漏生，在1100~1200℃低 （欠烧f-CaO） 温下形成
一次游离氧化钙 因配料不当、生料过粗或 （一次f-CaO） 煅烧不良，尚未与S、A、 F反应而残留的CaO 二次游离氧化钙 （二次f-CaO） 熟料慢冷或还原气氛下， C3S分解而形成的
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§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
熟料矿物组成可用：
岩相分析 测定法 X射线分析
红外光谱
计算法
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§3-4 熟料矿物组成的 计算与换算
一、计算
依据：熟料化学成分或率值 公式： 1、化学法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3
4.4 硅酸盐水泥熟料的组成
3.1 硅酸盐水泥熟料的化学组成
熟料矿物组成的测定
1. 岩相分析
基于在显微镜下测出单位面积中各矿物所占的百分率，再乘以相 应矿物的密度，得到各矿物的含量。 测定结果比较符合实际情况，但当矿物晶体较小时，可能因重叠 而产生误差。
2. X射线分析
基于熟料中各矿物的特征峰强度与单矿物特征峰强度之比以求得 其含量。 误差较小，但含量太低则不易测准。
(4)铝率IM ＞0.64时，C4 AF 3.04Fe2O3
本章要求
1 掌握硅酸盐水泥熟料中主要矿物的组成范围。
2 掌握C3S、C2S、C3A、铁相固溶体、f-CaO、
方镁石性能特点。
3 掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算方法及其
物理含义。
铁相固溶体（C2F－C8A3F )
C4AF实际是C2F-C8A3连续固溶体，在一般的硅酸盐水 泥熟料中，这种连续固溶体的化学成分接近于C4AF，简称 C 矿；矿物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 矿在反 射光下呈白色，故又被称为白色中间相。 C4AF水化硬化速度较快，因而早期强度较高，仅次于 C3A。与 C3A不同的是它的后期强度也较高，类似 C2S。它 的水化热低，干缩变形小，耐磨，抗冲击，抗硫酸盐浸蚀 能力强。据研究发现：铁相固溶体的水化速率与其中的铝 的含量有直接关系，其含量越高，水化越快。
C3S加水调和后，凝结时间正常，水化较快， 早期强度高，强度增进率较大。其28 天强度、一 年强度是四种矿物中最高的。它的体积干缩性也 较小，抗冻性较好。但它的水化热较高，抗水性 较差，抗硫酸盐腐蚀能力也较差。另外，由于在 锻烧过程中，C3S形成需要较高的烧成温度和较 长的烧成时间，这给熟料的锻烧操作带来了困难。 因此，在实际生产中不能不切实际地追求C3S的 数量，否则将导致有害成分f-CaO增多，反而降 低熟料质量。
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料
硅酸盐水泥熟料，作为一种重要的建筑材料，在建筑行业中扮演着关键的角色。
本文将介绍硅酸盐水泥熟料的基本特性、生产工艺以及应用领域。
硅酸盐水泥熟料特性
硅酸盐水泥熟料是一种无机胶凝材料，主要成分包括氧化硅、氧化铝、氧化铁等。
其特点包括化学稳定性高、抗腐蚀性能强、初凝和终凝时间适中等。
硅酸盐水泥熟料在水中反应生成水化硅酸钙胶凝物质，可以有效提高混凝土的强度和耐久性。
硅酸盐水泥熟料的生产工艺
硅酸盐水泥熟料的生产过程通常包括原料的研磨混合、烧成和磨研等步骤。
其中，石灰石、粘土、铁矿石等是硅酸盐水泥熟料的主要原料，经过物理混合、烧成和磨研后，最终得到成品硅酸盐水泥熟料。
硅酸盐水泥熟料的应用领域
硅酸盐水泥熟料广泛应用于建筑行业中，主要用于混凝土搅拌站、道路建设、
水泥制品生产等领域。
硅酸盐水泥熟料作为一种高强度、高耐久性的建筑材料，被广泛应用于各类工程中，为建筑结构的稳定性和耐久性提供了重要保障。
综上所述，硅酸盐水泥熟料作为一种重要的建筑材料，具有优异的性能和广泛
的应用领域。
随着建筑行业的不断发展，硅酸盐水泥熟料在市场中的地位将更加重要，为建筑工程的发展提供强有力的支持。
硅酸盐水泥熟料的组成
硅酸盐水泥熟料的组成一.熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由CaO,SiO2, AI2O3和Fe2O3四种氧化物组成,通常在熟料中占95%左右。
同时还含有5%的少量氧化物,如MgO,SO3,以及碱K2O、Na2O。
氧化物对熟料的锻烧和水泥性质的影响：CaO是水泥熟料中最主要成份, SiO2含量较多, AI2O3和Fe2O3含量较少.在水泥熟料中,氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在,而是经高温锻烧后,以两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体,其结晶细小,因此熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。
硅酸盐水泥熟料主要由下面四种矿物组成：硅酸三钙：3CaO.SiO2.简写为:C3S硅酸二钙:：2CaO.SiO2.简写为:C2S铝酸三钙：3CaO.AI2O3,.简写为:C3A铁铝酸四钙：4CaO.Al2O3.Fe2O3,简写为:C4AF硅酸盐水泥熟料中,以上四种矿物占95%以上,硅酸盐矿物C3S和C2S含量约占75%左右,熔剂矿物C3A和C4AF含量约占22%左右,在锻烧过程中,C3A和C4AF与氧化镁、碱等,在1250-1280℃开始,会逐渐熔融成液相,以促进C3S的顺利形成,故称为熔剂矿物。
二.熟料的矿物组成1.硅酸三钙:主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常为50%左右,有的高达60%以上,纯C3S只在2065-1250℃温度范围内稳定,在2065℃以上一致熔融为CaO和液相,在1250℃以下分解为C2S和CaO,实际上C3S的分解反应进行得比较缓慢,致使纯C3S在室温下可以呈介稳状态存在。
在硅酸盐水泥熟料中,硅酸三钙并不以纯的形式存在,总含有少量的其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固熔体,称为阿利特或A矿,纯硅酸三钙颜色洁白,当熟料中含有少量氧化铬Cr2O3时,阿利特呈绿色,含氧化钴时,随钴的价数不同,可得浅兰色或玫瑰色,阿利特的密度为3.14-3.25g/cm3。
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
由于硅酸盐水泥熟料是多矿物集合体，因此熟料 的强度主要决定于4种单矿物的强度，但并不是4种
单矿物强度简单的加和。有些矿物之间有一定的促
进作用。
4、游离氧化钙
1）产生原因：当配料不当、生料过粗或煅烧不良、 欠烧、漏生、慢冷或还原气氛时，熟料中就会出现 未被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧 化钙，又称游离石灰(f-CaO)。也即没有与酸性氧化 物化合而以游离状态存在的CaO。 熟料中f-CaO的产生条件不同，形态也不同，其对 水泥的质量影响也不一样。 欠烧的f-CaO、一次的f-CaO 、二次的f-CaO
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
水泥的质量主要决定于熟料的质量。 优质熟料应该具有适合的矿物组成和岩相结构。 熟料的化学成分不仅决定了熟料的矿物组成，同 时还与熟料的烧成工艺和资源的合理利用密切相关， 直接影响优质、高产、低消耗等经济指标。因此控 制熟料的化学成分，是水泥生产的关键环节之一。
3.1 熟料的化学成分
一、硅酸三钙 1．热力学稳定性 1250℃-2065℃。 高于2065℃：不一致熔分解 低于1250℃： 实际上在1250℃以下分解反应进行得非常缓慢， 只有在慢冷且还原气氛下才明显进行，所以C3S在 室温下可以呈介稳状态存在。
2．多晶转变
C3S有三个晶系7种变型：斜方晶系的R型；单斜
晶系的MⅠ、MⅡ、MⅢ型和三斜晶系的TⅠ、TⅡ、TⅢ
6）水化特性
①水化速度在早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间。
但随后的发展不如硅酸三钙。
②早期强度类似于铝酸三钙，后期还能继续增长，
类似于硅酸二钙。
③水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能、抗硫酸盐性
能好，耐磨。
因而，大体积工程，抗硫酸盐工程可适当提高其含
《水泥工艺学》第三章硅酸盐水泥熟料的组成
K H C a 1 .6 O A 5 2 O 3 l 0 .3F 5 2 O e 3 2 .8 S2 iO
（IM≥0.64）
·式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别为熟料中相应
氧化物的质量百分数；
第三十一页，编辑于星期五：一点 四十二分。
◇讨论：
从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。 1. KH=1，矿物组成为C3S、C3A 、C4AF，而无C2S；
2.方镁石（结晶MgO）
指游离状态的氧化镁晶体。
◇产生：碳酸镁高温下分解
一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游离状 态。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结 构致密。 ◇危害
水化很慢，水化时，固体体积膨胀148%，引起水泥的安 格可放宽到6﹪
硅酸三钙：3CaO·SiO2 (C3S) 硅酸二钙：2CaO·SiO2 (C2S)
硅酸盐矿物~75%
铝酸三钙： 3CaO·Al2O3 (C3A)
铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)
~22%
~95%
少量： 游离氧化钙f-CaO、方镁石
含碱矿物
玻璃体
熔剂矿物
第四页，编辑于星期五：一点 四十二分。
第十六页，编辑于星期五：一点 四十二分。
三.中间相
填充在阿利特、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成
不定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
1.铝酸三钙 （C3A+C12A7）
◇形态：
快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，呈 暗灰色，一般称为黑色中间相
◇水化特性
·水化迅速，放热量大，凝结较快； ·早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥出来，
（IM≥0.64）
·式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别为熟料中相应
氧化物的质量百分数；
第三十一页，编辑于星期五：一点 四十二分。
◇讨论：
从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。 1. KH=1，矿物组成为C3S、C3A 、C4AF，而无C2S；
2.方镁石（结晶MgO）
指游离状态的氧化镁晶体。
◇产生：碳酸镁高温下分解
一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游离状 态。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结 构致密。 ◇危害
水化很慢，水化时，固体体积膨胀148%，引起水泥的安 格可放宽到6﹪
硅酸三钙：3CaO·SiO2 (C3S) 硅酸二钙：2CaO·SiO2 (C2S)
硅酸盐矿物~75%
铝酸三钙： 3CaO·Al2O3 (C3A)
铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)
~22%
~95%
少量： 游离氧化钙f-CaO、方镁石
含碱矿物
玻璃体
熔剂矿物
第四页，编辑于星期五：一点 四十二分。
第十六页，编辑于星期五：一点 四十二分。
三.中间相
填充在阿利特、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成
不定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
1.铝酸三钙 （C3A+C12A7）
◇形态：
快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，呈 暗灰色，一般称为黑色中间相
◇水化特性
·水化迅速，放热量大，凝结较快； ·早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥出来，
硅酸盐水泥中矿物组成
硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙（CaO，简写为C）、二氧化硅（SiO2简写为S）、氧化铝（Al2O3简写A）和氧化铁（Fe2O3简写为F）四种氧化物组成。
通常这四种氧化物总量在熟料中占95％以上。
每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5％的其他少量氧化物，如氧化镁、氧化钛、三氧化硫等。
氧化钙是熟料中最主要的成分，它与熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等发生化学反应，生成熟料矿物如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等。
一般情况下，随着熟料中CaO含量的增加，熟料中矿物成分C3S含量增大，从而可以提高水泥的强度。
但是CaO的含量不是越多越好，而是有一个最佳含量，即与SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后没有剩余的CaO存在的量。
假如CaO含量超过其他氧化物与之化合所需的量，则多余的CaO会以游离状态存在于熟料中，从而影响水泥的体积安定性。
二氧化硅也是硅酸盐水泥熟料中最主要化学成分之一。
它在高温下与CaO发生反应，生成硅酸盐矿物硅酸三钙和硅酸二钙。
假如熟料中SiO2含量低，生成的硅酸盐矿物量就减少，从而影响水泥的强度。
另外SiO2含量对熟料煅烧也会产生很大影响。
熟料中氧化铝可以与CaO、Si02、Fe203发生反应，生成铝酸三钙和铁铝酸四钙。
当A1203含量增加时，水泥的凝聚、硬化速度加快，但是水泥后期强度增长缓慢，并且降低了水泥的抗硫酸盐性能。
A1203含量高的水泥，在水化时放热快，而且水泥的水化热较大。
氧化铁也是熟料中重要的化学成分之一，可以与CaO、A1203反应生成铁铝酸四钙。
增加熟料中的Fe203含量，可以降低水泥熟料的熔融温度，但会导致水泥水化和硬化速度变慢。
其他少量氧化物的存在，也会不同程度地影响着硅酸盐水泥熟料的煅烧过程和水泥性能。
2.2硅酸盐水泥熟料矿物组成在水泥熟料中，氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁等都不是以单独的氧化物形式存在，而是经过高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30～60μm。
硅酸盐水泥熟料的化学成分
◇形成 形成 部分熔融液相被快速冷却来不及结晶 而成为过冷凝体 ◇主要成分 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 主要成分 ◇含量 ◇性能 性能 取决于液相量及冷却条件 不及晶体稳定，水化热较大；可改善 熟料性能与易磨性。
◆游离氧化钙（f-CaO） 游离氧化钙（ CaO）
◇ 定义
是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 存在的氧化钙。 存在的氧化钙。
实际生产中，采用急冷，故以 型存在。 实际生产中，采用急冷，故以β- C2S型存在。 型存在
水化特性
28d只水化20 左右， 20% 1）水化反应较C3S慢，28d只水化20%左右，凝 水化反应较C 结硬化慢； 结硬化慢； 2）早期强度低，但28d后强度仍能较快增长， 早期强度低， 28d后强度仍能较快增长， 一年后其强度可赶超阿利特； 一年后其强度可赶超阿利特； 3）水化热小； 水化热小； 抗水性好。 4）抗水性好。
熟料的矿物组成及岩相结构
50%） （1）硅酸三钙（C3S)（~50%） 硅酸三钙（
矿物特性
◇存在形式 纯C3S只在2065℃~1250℃温度范围内稳定，在 2065℃以上不一致熔融为CaO与液相；在1250℃以 下分解为C2S和CaO。 C S CaO 纯C3S具有同质多晶现象,熟 料中C3S不纯，总是与少量的其 他氧化物如Al2O3、Fe2O3、 MgO R 2O等形成固溶体。在反光显 微镜下为黑色多角形颗粒 黑色多角形颗粒，又 黑色多角形颗粒 称阿利特（Alite），简称A矿。 阿利特（ ），简称 矿 阿利特 ），简称
（4）铁铝酸四钙（C4AF） (10~18%) 铁铝酸四钙（ AF） 矿物特性
铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶 体。通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，又称才利特 才利特 （Celite）或C矿。 Celite） 在反光镜下其反射能力强， 呈亮白色 亮白色，并填充在A矿与B 亮白色 矿之间，也称白色中间相 白色中间相。 白色中间相
◆游离氧化钙（f-CaO） 游离氧化钙（ CaO）
◇ 定义
是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态 存在的氧化钙。 存在的氧化钙。
实际生产中，采用急冷，故以 型存在。 实际生产中，采用急冷，故以β- C2S型存在。 型存在
水化特性
28d只水化20 左右， 20% 1）水化反应较C3S慢，28d只水化20%左右，凝 水化反应较C 结硬化慢； 结硬化慢； 2）早期强度低，但28d后强度仍能较快增长， 早期强度低， 28d后强度仍能较快增长， 一年后其强度可赶超阿利特； 一年后其强度可赶超阿利特； 3）水化热小； 水化热小； 抗水性好。 4）抗水性好。
熟料的矿物组成及岩相结构
50%） （1）硅酸三钙（C3S)（~50%） 硅酸三钙（
矿物特性
◇存在形式 纯C3S只在2065℃~1250℃温度范围内稳定，在 2065℃以上不一致熔融为CaO与液相；在1250℃以 下分解为C2S和CaO。 C S CaO 纯C3S具有同质多晶现象,熟 料中C3S不纯，总是与少量的其 他氧化物如Al2O3、Fe2O3、 MgO R 2O等形成固溶体。在反光显 微镜下为黑色多角形颗粒 黑色多角形颗粒，又 黑色多角形颗粒 称阿利特（Alite），简称A矿。 阿利特（ ），简称 矿 阿利特 ），简称
（4）铁铝酸四钙（C4AF） (10~18%) 铁铝酸四钙（ AF） 矿物特性
铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶 体。通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，又称才利特 才利特 （Celite）或C矿。 Celite） 在反光镜下其反射能力强， 呈亮白色 亮白色，并填充在A矿与B 亮白色 矿之间，也称白色中间相 白色中间相。 白色中间相
水泥工艺学第三章水泥熟料的组成
（3）二次游离氧化钙
熟料慢冷或还原气氛下，结构不稳定的C3S分解而形 成的氧化钙，以及熟料中碱等取代熟料矿物中的氧化钙而 形成，由于氧化钙化合后又游离出来，故称为二次游离氧 化钙。这部分氧化钙也经过了高温煅烧，并分散在熟料中， 水化较慢，对水泥的安定性也有一定影响。 在实际生产中，通常所指的游离氧化钙主要是指“死 烧状态”下的一次游离氧化钙。 f- CaO是影响水泥安定性的最主要的因素。降低fCaO含量，提高其活性，适当提高水泥的粉磨细度均有利于 改善f- CaO对安定性的影响。为确保水泥质量，一般回转 窑熟料中f- CaO应控制在1.5%以下，立窑熟料中考虑有部 分为欠烧，应控制在3.0%以下。
第三节 熟料矿物组成的计算
岩相分析法：在显微镜下测出单位面积中各矿物所占
的百分率，再乘以相应密度，得到各种 矿物含量。
X射线法： 通过各种射线和光谱分析仪器来定量分 红外光谱法： 析。 化学组成计算法：通过化学成分进行换算
岩相法测定结果可靠，符合实际情况，但当矿物晶体小 时，可能因重叠而产生误差。 X射线和红外光谱法误差都较小，但是含量太低则 不容易测准。 化学成分计算法的结果与实际情况有些出入，但是结 果一般能说明矿物组成对水泥性能的影响，因此，这种方 法在水泥厂仍然得到应用。 一、石灰饱和系数法 二、鲍格法
2、特性
水化迅速、硬化快、水化热多、早期强度发展快、后期 强度不增长，甚至倒缩、干缩变形大、抗硫酸盐性能差。 （二）铁相固溶体 1、形成 熟料中，含铁相比较复杂，其化学组成为一系列的连续固 溶体，称铁相固溶体。在熟料中含量为10-18%，其成分接近 铁铝酸四钙，所以常用C4AF来代表熟料中的铁相固溶体，又 称才利特矿或C矿。 2、特性 水化速度在早期介于C3S和C3A之间，但是随后发展不如C3S。 它的早期强度类似C3A，而后期还能不断增长，类似C2S。抗 冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热比C3A低。
硅酸盐水泥熟料的组成
硅酸盐水泥熟料的组成
水泥的质量主要取决于熟料的质量，优质熟料应该具
有合适的矿物组成和岩相结构。因而控制组成十分关键。
硅砖
SiO2
玻璃
石英
酸性矿渣 硅灰石瓷
碱性矿渣
硅酸盐水泥
半硅砖 瓷 火山灰 粘土
高铝砖 电熔莫来石
石灰质耐火材料
刚玉
CaO
高铝水泥
Al2O3
图1 CaO-Al2O3-SiO2系统中各种材料组成范围示意图
✓与阿利特晶体尺寸和发育程度有关
•A矿数量多、B矿含量少、二 次B矿含量少、中间相数量适 中、分布均匀、A矿晶体结晶 规则（发育完整）、尺寸细 小、大小均齐（约20μ左右）, 轴比较小 •3d:38.4MPa; 28d:68.7MPa •f-CaO:0.62%; C3S:69.2% •生料细度(0.08mm): 10~12%
✓阿利特（Alite）：熟料中C3S总与少量的其他氧化物 如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。在反光 显微镜下为多角形颗粒，又称阿利特（Alite），简称 A矿，常以M型或R型存在。
结晶大小不等的A矿、断面 存在较多微裂纹
长宽比偏大的板、柱状A矿、 结晶细小的板柱状和六方片 状A矿
少量氧化物对硅酸三钙多晶态的稳定作用：
➢硅酸三钙的物理性质 ✓纯硅酸三钙色洁白；当含有少量氧化铬时，呈绿 色；含有钴的价数不同，可呈浅兰色或玫瑰红色； 密度3.14-3.25g/cm3
➢硅酸三钙的化学性质 ✓加水调和后，凝结时间正常，水化较快，粒径为 40-45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，可以水化70% 左右。强度发展比较快，早期强度高，强度增进率 较大，28天强度可以达到一年强度的70-80%，四种 熟料矿物中强度最高。水化热较高，抗水性较差。
水泥的质量主要取决于熟料的质量，优质熟料应该具
有合适的矿物组成和岩相结构。因而控制组成十分关键。
硅砖
SiO2
玻璃
石英
酸性矿渣 硅灰石瓷
碱性矿渣
硅酸盐水泥
半硅砖 瓷 火山灰 粘土
高铝砖 电熔莫来石
石灰质耐火材料
刚玉
CaO
高铝水泥
Al2O3
图1 CaO-Al2O3-SiO2系统中各种材料组成范围示意图
✓与阿利特晶体尺寸和发育程度有关
•A矿数量多、B矿含量少、二 次B矿含量少、中间相数量适 中、分布均匀、A矿晶体结晶 规则（发育完整）、尺寸细 小、大小均齐（约20μ左右）, 轴比较小 •3d:38.4MPa; 28d:68.7MPa •f-CaO:0.62%; C3S:69.2% •生料细度(0.08mm): 10~12%
✓阿利特（Alite）：熟料中C3S总与少量的其他氧化物 如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。在反光 显微镜下为多角形颗粒，又称阿利特（Alite），简称 A矿，常以M型或R型存在。
结晶大小不等的A矿、断面 存在较多微裂纹
长宽比偏大的板、柱状A矿、 结晶细小的板柱状和六方片 状A矿
少量氧化物对硅酸三钙多晶态的稳定作用：
➢硅酸三钙的物理性质 ✓纯硅酸三钙色洁白；当含有少量氧化铬时，呈绿 色；含有钴的价数不同，可呈浅兰色或玫瑰红色； 密度3.14-3.25g/cm3
➢硅酸三钙的化学性质 ✓加水调和后，凝结时间正常，水化较快，粒径为 40-45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，可以水化70% 左右。强度发展比较快，早期强度高，强度增进率 较大，28天强度可以达到一年强度的70-80%，四种 熟料矿物中强度最高。水化热较高，抗水性较差。
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料的主要化学成分
硅酸盐水泥熟料是一种主要用于建筑材料的原料。
其主要化学成分包括三种氧化物，即氧化钙(CaO)、氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)。
其中，氧化钙是硅酸盐水泥熟料的主要成分，占熟料重量的60%~70%左右，氧化硅和氧化铝分别占20%~25%和5%~10%。
硅酸盐水泥熟料的化学成分对其性能和用途具有重要影响。
氧化钙是水泥的主要凝结物质，能够与水反应生成水合钙硅酸盐、水合钙铝酸盐等凝胶物质，从而形成强度较高的水泥石。
氧化硅和氧化铝则主要起到调节水泥石的凝固反应速率、控制水泥石的凝聚性和增强水泥石的耐久性的作用。
总之，硅酸盐水泥熟料的主要化学成分是氧化钙、氧化硅和氧化铝。
这些成分的比例和性质对水泥的性能和用途有着重要影响。
- 1 -。
水泥工艺学第三章水泥熟料的组成详解
2、特性
C2S在熟料中的含量为20%左右；凝结慢、水化较慢、水化 热小、早期强度低、 但28天强度发展快、一年的强度可赶上甚 至超过C3S、抗水性好。
三、中间相
定义： 填充在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
（一）铝酸钙
1、形成 熟料中的铝酸钙为C3A，含量在7-15%，有时还出现C12A7。 纯的C3A是等轴晶系，熟料中的是单斜晶系。
（2）一次游离氧化钙
当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时， 熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的 CaO，即游离状态存在的CaO。这种氧化钙经较高 的温度煅烧而呈“死烧状态”，结构致密、晶体 较大，一般10-20µm,且包裹在熟料矿物中，遇水 水化很慢，固相体积膨胀97.9%，在已经硬化的水 泥浆体内部造成局部膨胀应力，导致水泥安定性 不良。应控制其含量，保证水泥质量。
2、特性
C3S在熟料中的含量为50%左右；凝结时间正常、早期强度高、 水化热大、28天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。
二、硅酸二钙 1、形成
2CaO + SiO2 2CaO·SiO2
C2S有四种晶型，在1450℃ 以下会发生晶型转变。
α
α
，
β
γ
其中α 、 α ， 、β 晶型不稳定，但有活性和水硬性 ，γ 型晶型稳定，但没有活性和水硬性，体积会发生膨胀易粉化， 强度较低。 熟料中的C2S 也不是纯的，是C2S和一些氧化物形成的固溶 体，称为B矿或贝利特矿。
硅酸盐矿物， 占75%左右
熔剂矿物，
铁铝酸四钙(%左右
另外熟料中还有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁 石、含碱矿物（R02）以及玻璃体等。
硅酸盐水泥熟料的组成概述
45～65 38～60 53 54 57
15～32 20～33 24 20 20
4～11 4～7 8 7 8
10～18 13～20 10 14 10
一、硅酸三钙（～50%，高的达60%）
1.存在形式（矿物特性）： · 纯C 3S T=2065～1250℃内稳定； T> 2065 ℃不一致熔融为CaO与液相 T＜ 1250℃ C3S C2S+CaO
3.玻璃体
◇形成: 部分熔融液相被快速冷却来不及结 晶而成为过冷凝体 ◇主要成分: Al2O3、Fe2O3、CaO、少量MgO和R2O ◇含量: 取决于液相量及冷却条件 ◇性能: 不及晶体稳定，水化热较大；可改 善熟料性能与易磨性
28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S 水 化 速 度：C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S 水 化 热： C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
（IM≥0.64 ）
因 此 ， 熟 料 的 KH 值 应 控 制 在
0.667～1间。 实际生产中，为使熟料顺利形成， 又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值 控制在0.87～0.96。
熟料率值的控制
在工厂生产中，为了使熟料顺利烧成， 保证熟料的质量，应同时控制KH、n、p这 三个率值，并使三率值相应配合适当。
2.方镁石（结晶MgO）
指游离状态的氧化镁晶体。
◇产生：碳酸镁高温下分解 一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈 游离状态。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体 发育较大，结构致密。 ◇危害 水化很慢，水化时，固体体积膨胀148%，引起水 泥的安定性不良。 ◇控制：
水泥﹤5﹪，压蒸安定性和格可放宽到6﹪
2.铁相固溶体（C4AF）
◇形态：
铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。 通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，又称才利特 （Celite）或C矿。在反光 镜下其反射能力强，呈亮 白色，并填充在A矿与B 矿之间，也称白色中间相。
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产生原因
特点
对安定性 的影响
欠烧 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生， 结构疏松多
f-CaO 在1100～1200℃低温下形成
孔
小
一次 f-CaO
因配料不当、生料过粗或煅烧不 良，尚未与S、A、F反应而残留 的CaO
呈“死烧状 态”，结构 致密
大
二次 熟料慢冷或还原气氛下，C3S分 经过高温，
• ③ 水化热高； • ④ 干缩变形大，脆性大，耐磨性差； • ⑤ 抗硫酸盐性能差
• 2. 铁铝酸四钙 • ⑴ 组成：较复杂，成分接近于铁铝酸四钙
（C4AF），固溶有少量的MgO、SiO2等氧化 物，又称才利特（Celite）或C矿。
• ⑵ 水化特性
• ① 水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙 之间，但随后的发展不如硅酸三钙；
在室温下，α、α´H、α´L、β等变形都是不稳定 的，有转变成γ型的趋势 。
• ② 水硬性 • α、α´、β型有水硬性，γ型无水硬性 • 工艺控制：常温下要求保留β型——急冷
• ③ 固溶性 • C2S固溶少量氧化物（A 、F、 M、R2O 、T、
P等）形成固溶体，称为B矿[Belite，贝利特]。
• ⑵ 工业水泥熟料中仅存在A矿，无C3S • ⑶ 把A矿“视为” C3S
• 二、C2S与B矿
• 1. C2S • ⑴ 组成 固定组成2CaO·SiO2 • ⑵ 物理性能 洁白色
α- C2S α’- C2S β- C2S γ-C2S
比重 3.04 3.40
3.28 2.97
• ⑶ 化学性质 • ① 多晶转变
• 2. A矿
• ⑴ 组成 近似于C3S,不固定 • ⑵ 物理性能 颜色因固溶物而异，γ＝3.14～
3.25g/cm3
• ⑶ 化学性能
• ① 反应活性比C3S高 • ② 受阿利特晶体尺寸和发育程度影响
• 阿利特晶形完整、晶体尺寸适中、矿物分布均 匀、界面清晰时，熟料的强度较高
• 3. C3S与A矿关系 • ⑴ 组成、结构、性能相近
• MgO——M
• SO3——S • TiO2——T • P2O5——P • Na2O，K2O——R2O
• §3.2 矿物组成
• 水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工 岩石。
• 四种主要矿物组成：
• 硅酸三钙： 3CaO·SiO2， C3S， 60～70％；
• 硅酸二钙： 2CaO·SiO2， C2S， ≈20％；
?
• C3S
C2S＋CaO （反应较缓慢）
• 常温下介稳存在，具有一定的活性。
• ② 固溶性
• C3S固溶少量氧化物（BaO、P2O5、MgO、Al2O3） 形成固溶体，称为A矿[Alite(阿利特)] 。
• ③ 水化性能 • a 水化较快，水化反应主要在28d内进行 • b 凝结时间正常 • c 早强较高，强度值高，强度增长率大 • d 水化热较高，抗水性较差 • ④ 形成 • 无液相： 约1800℃ • 有液相：1250～1450℃ • 2CaO＋SiO2＝C2S C2S＋CaO＝C3S
• 3. C2S与B矿的关系 • 与C3S和A矿相同
• 三、中间相 • 1.铝酸钙 • ⑴ 组成：主要为C3A，有时有C12A7，C3A可
固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成 固溶体。
• ⑵ 水化特性 • ① 水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝
剂，易使水泥急凝；
• ② 早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d 之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至 倒缩；
• 铝酸三钙： 3CaO·Al2O3，C3A， 7～15％
• 铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3， C4AF，10～18％
• 硅酸三钙
铝酸三钙
•
硅酸盐矿物
熔剂矿物
• 硅酸二钙
铁相固溶体
• 金相显微镜下：
• C3S ——板状多角颗粒 黑色
• C2S ——圆形颗粒 黑白双晶条纹
Hale Waihona Puke • C3A ——中间相黑色中间相
• C4AF——中间相
白色中间相
C4AF
C3A
C3S C3A
C4AF
C2S
• 一、硅酸三钙与A矿 • 1.硅酸三钙 • ⑴ 组成 固定组成3CaO·SiO2 • ⑵ 物理性能 洁白色，γ＝3.14g/cm3 • ⑶ 化学性能 • ① 多晶转变
• R：三方晶系 M：单斜晶系 T：三斜晶系
• 1250℃以下：
• 2. B矿 • ⑴ 组成 近似于C2S，不固定 • ⑵ 物性 颜色因固溶物而异 • ⑶ 化学性能： • ① 水化慢，28d只水化20%左右 • ② 早强低，后期强度高（一年赶上A矿，二年
超过A矿） • ③ 水化热低，抗水性好
• 工艺措施： • a 磨细 水化加快，早强提高 • b 掺外加剂（如CaCl2） 水化加快
• 四、次要矿物
• 1. 玻璃体
• 形成 部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而 成为过冷凝体
• 主要成分 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O • 含量 取决于液相量及冷却条件
• 性能 不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟 料性能与易磨性。
• 2. 方镁石（MgO） • 来源：主要是石灰石中含有白云石
• ② 早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不 断增长，类似于硅酸二钙；
• ③ 水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能和抗硫 酸盐性能较好。
• 四种主要矿物性能比较：
• 28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S
• 水化速度：
C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S
• 水化热：
C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
• §3 硅酸盐水泥熟料的组成
◆三种表示方法： • 化学组成 • 矿物组成 • 率值
熟料
• §3.1 化学组成
• 国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分 ％
• 一、主要氧化物（≈97％） • CaO——C 62%～67％ • SiO2——S 20％～24％ • Al2O3——A 4％～7％ • Fe2O3——F 2.5%～6.0％ • 二、次要氧化物（量少）
（CaCO3·MgCO3），部分来自粘土和页岩。 • 危害：方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起
的破坏越严重； • 工艺控制：熟料冷却速度越快，方镁石晶体越
小，含量越少。
• 3.游离氧化钙（f-CaO） • 是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状
态存在的氧化钙。
游离氧化钙的种类及其对安定性的影响
种类